混沌偽隨機序列及其應用研究.pdf

1、隨著計算機技術和網絡技術的快速發(fā)展，信息安全成為了學術界和企業(yè)界共同關注的熱點。以密碼學為核心的信息安全領域中，隨機序列扮演著非常重要的角色：密鑰的生成、數(shù)字簽名、認證和鑒別以及各種安全通信協(xié)議都離不開高質量的隨機序列。正如著名的密碼學家Bruce Schneier所說：“隨機序列是談論最少的密碼學問題，但沒有哪個問題比這個問題更重要”。從某種意義上講，隨機序列的安全性確定了整個安全體系的安全性。因此如何能夠得到高質量的隨機序列發(fā)生就成

2、為了信息安全重點研究的問題。將混沌理論引入偽隨機序列是當前國際非線性科學和信息科學兩個學科交叉融合的熱門前沿課題之一。本論文著重研究混沌偽隨機序列發(fā)生器的設計與實現(xiàn)，并嘗試將其用于保障信息的安全之中。
　　本論文中的主要貢獻是：
　?、購亩鄠€方面對混沌理論基礎作了詳細的論述。給出了混沌的定義，描述了混沌運動的特征，并介紹了各種常見的混沌模型和混沌研究所需的判據與準則；
　?、诮榻B隨機序列的相關理論，對目前信息安全中使用

3、的隨機序列發(fā)生器進行分析、歸納和總結，提出它們存在的問題：序列不夠長、可以預測、產生的序列質量較差、速度較低、使用不方便等；
　?、蹖^(qū)間數(shù)目參數(shù)化分段線性混沌映射(SNP-PLCM)的密碼學特性進行詳細分析，并以此為基礎，提出了一種基于區(qū)間數(shù)目參數(shù)化分段線性混沌映射的偽隨機序列發(fā)生器。該發(fā)生器同時利用控制參數(shù)擾動策略和輸出序列擾動策略避免數(shù)字化混沌系統(tǒng)的動力學特性退化。理論分析和仿真實驗結果表明，該算法產生的偽隨機序列具有理想的

4、性能；
　?、芑煦鐐坞S機序列應用于S盒，提出了一種基于混沌序列的可度量動態(tài)S盒的設計方法。該方法利用區(qū)間數(shù)目參數(shù)化PLCM良好的密碼特性產生的偽隨機序列，然后用偽隨機序列構造混沌動態(tài)S盒。數(shù)字分析結果表明，所設計的S盒有較高的非線性度和良好的嚴格雪崩特性；
　?、萏岢鲆环N基于混沌動態(tài)S盒和非線性移位寄存器的快速序列密碼算法，該算法利用混沌偽隨機序列用來初始化非線性移位寄存器(NLFSR)、構造非線性移位寄存器的更新函數(shù)和混沌

5、動態(tài)S盒。非線性移位寄存器每循環(huán)一次輸出32比特密鑰流。每輸出162比特密鑰流，混沌()kS盒動態(tài)更新一次，使得在安全和效率方面有一個比較好的折中點。實驗結果表明該方法可以得到獨立、均勻和長周期的密鑰流序列，同時可以有效的克服混沌序列在有限精度實現(xiàn)時出現(xiàn)短周期和NLFSR每循環(huán)1次輸出1比特密鑰流的低效率問題；
　?、藿Y合傳統(tǒng)的Hash函數(shù)結構與混沌動態(tài)S盒，提出了一種基于混沌動態(tài)S盒的帶密鑰的Hash函數(shù)，該方法利用混沌動態(tài)S盒